研究人员在不影响性能的情况下缩小成像光谱仪

研究人员开发了一种新的成像光谱仪，该光谱仪比最先进的仪器轻巧得多，同时又保持了同样高的性能水平。由于其体积小和模块化设计，新仪器准备将这种先进的分析技术带入空中车辆，甚至进行行星探测任务。

成像光谱仪记录一系列单色图像，这些图像用于区域的空间和光谱分析。这种分析方法广泛应用于大气科学，生态学，地质学，农业和林业等领域。但是，仪器的大尺寸使其无法在某些应用中使用。

在光学学会(OSA)的《应用光学》杂志上，由麻省理工学院林肯实验室的Ronald B. Lockwood领导的研究人员描述了他们的新型Chrisp紧凑型VNIR / SWIR成像光谱仪(CCVIS)。它的体积比当今大多数设备小10倍或更多倍。CCVIS的一种版本的直径为8.3厘米，长为7厘米，大约相当于汽水罐的大小。

光谱仪旨在记录400至2500 nm波长范围内的光谱图像。这包括光谱的可见和近红外(VNIR)以及短波近红外(SWIR)部分。

洛克伍德说：“我们的紧凑型仪器有助于将成像光谱学应用于各种科学和商业问题，例如部署在小型卫星上进行行星探测或将无人航空系统用于农业目的。” “我们相信，我们的新光谱仪还可用于研究气候变化，这是成像光谱仪最令人兴奋的应用之一。”

制作更小的光谱仪

当今大多数成像光谱仪都使用Offner-Chrisp光学配置，因为它可以出色地控制称为像差的光学误差。但是，这种设计需要相对较大的光学设置。研究人员开发的新型CCVIS的性能与Offner-Chrisp的配置非常相似，但是具有新的光学组件，可以使设计更紧凑。

为了制作新的CCVIS，研究人员使用了折反射透镜，它将反射和折射元素组合为一个组件。这创建了一个更紧凑的仪器，同时仍然可以控制光学像差。研究人员还使用了一种特殊的平面反射光栅，该光栅浸没在折射介质中而不是空气中。该光栅比传统光栅占用更少的空间，同时保持相同的分辨率。

易于制造

洛克伍德说：“ CCVIS使用的是扁平光栅，而不是需要使用复杂的电子束光刻或金刚石加工技术进行制造的凹凸光栅。” “我们开发了一种灰度光刻微制造方法，该方法使用一次性曝光来制造光栅，并且不需要劳动密集型电子束处理。”

为了测试他们的新设计，研究人员使用实验室设置演示了光谱仪。他们的实验证明，CCVIS在整个视野内均具有预期的性能。

洛克伍德说：“ CCVIS的紧凑尺寸意味着可以将其制作成可以堆叠以增加视野的模块。” “它还使得在不改变温度的情况下保持稳定相对容易，因此光学对准以及光谱性能保持不变。”

作为朝天基示范最终目标迈进的一步，研究人员正在寻求资金来开发可在机载车辆上进行全面测试的完整原型。